background image

 
 

 

 

 

 

 
 

Copyright Institute of Physics 2012 

 

Page 1 

 
 

 
 

             Teaching Medical Physics 

Electrocardiograms    

 

 

 

 

Curriculum links:  
 

 

CRO traces 

 

Frequency/Amplitude 

 

Introduction 

 

Electrocardiograms (ECGs) record the activity of the heart through electrodes 

placed on the patient’s skin. Cardiological contraction is caused by changes in 
electrical potential in the hearts muscle cells; electrical activity that the body 
conducts to its surface. Although it is altered by the intervening tissue, the resulting 
signal at the skin accurately reflects the cardiological cycle and can be used to 
identify any anatomical and physiological anomalies in a completely non-invasive 
manner. 
 

Lesson notes 

 

 

 
 

Measuring heart voltage 

 
Non-invasive monitoring of the electrical activity of the 
heart is possible because the body is an electrical conductor. 
An ECG machine acts as voltmeter/CRO and voltage-time 
characteristics are measured by attaching electrodes to the 
patient’s skin. 
 
In a healthy person, the resulting ECG trace has a distinctive 
shape with sections that are labelled P,Q,R,S and T. Doctors 
use abnormities in shape of waveform to identify heart 
problems. 

 

Structure of heart: 

 

Pump chambers: atria and ventricles. 

 

Control: AV and SA electrical nodes. 

 

 

Blood flow 

 
Oxygenated blood (red) flows into left chambers and 
deoxygenated (blue) into right chambers. 
 
ECG: zero potential difference across the heart 
 
 
 
 
 

background image

 
 

 

 

 

 

 
 

Copyright Institute of Physics 2012 

 

Page 2 

 
 

 
 

             Teaching Medical Physics 

Electrocardiograms    

 

 

 

 

 

Atria

 

 

The SA node is the heart’s pacemaker. Electrical activity 
originating at SA node triggers contraction of atria. Atria 
pump blood through one-way valves into ventricles.  

 

 

Other than the pathway through to the AV node, the atria 
and ventricles are electrically insulted from each other. The 
AV node momentarily delays electrical activity to allow the 
ventricles to fill with blood.   
 
ECG: contraction of atria produces P-wave  

 

 

Ventricles

 

 
Electrical activity spreads from the AV node across ventricles 
causing them to contract and blood is pumped through one-
way valves; oxygenated blood travels to the body and de-
oxygenated blood to lungs. 
 
ECG: contraction of ventricles produces QRS complex  
 
 
 
 

 

 

 

ECG trace 

 

Final section of the ECG trace (T wave) corresponds to the 
relaxation of ventricles.   

 

Review of waveform sections: 

 

P wave: contraction of atria 

 

PQ interval: delay to allow ventricles to fill 

 

QRS complex: contraction of ventricles 

 

T wave: relaxation of ventricles 

 

  Another beat: (If required) repeat slide sequence of 

heartbeat  

 

 

Heart rate 

 

The period (R-R interval) is time between adjacent peaks in 
the ECG trace. In a healthy person the period varies by up to 
10 % between beats. Heart rate is determined by averaging 
over multiple beats  

 

Heart rate = 1/average period  

 

Heart rate in beats per minute (bpm) is equal to the 
frequency in hertz (Hz) X 60. 
  

background image

 
 

 

 

 

 

 
 

Copyright Institute of Physics 2012 

 

Page 3 

 
 

 
 

             Teaching Medical Physics 

Electrocardiograms    

 

 

 

 

Worksheet mark-scheme  

 
1. 

 

(a) 

atrium   

 

 

   

(b) 

A

  

   

(c) 

pacemaker/controls heart-rate/causes contraction of atria 

 

[do not accept contraction of heart/ventricles]  

   

2.  
(a)
 

Potential difference/voltage 

   

 (b) 

Evidence of measuring between three peaks 

   

0.75 seconds [accept 0.6 or 0.8 if no average found] 

   

 
(c) 

Evidence of heart rate = 1/period  

   

Answer between 75 and 95 bpm [allow error carried forward from part (a)]  
 

   

(d) 

P wave 

missing/ECG shape abnormal  

   

 

(waveform indicates) problem with atria  

